JP2000082854A - 磁歪素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気的特性に優れ，かつ，過負荷トルクに対
する安定性に優れた，磁歪素子およびその製造方法を提
供すること。 【解決手段】 重量比にて，Ｃｒ：１２〜１８％，Ｃ：
０．０８〜０．６％を含有するＦｅ−Ｃｒ系の成分組成
を有していると共に，低炭素マルテンサイトもしくはフ
ェライトよりなる母相に，微細な球状合金炭化物を均一
分散させた組織を有している。球状合金炭化物は，０．
５〜２μｍの粒径を有していると共に，互いに１〜５μ
ｍの間隔を開けて分散していることが好ましい。硬さＨ
ｖは２５０〜４００，引張強さは８０〜１４０ｋｇｆ／
ｍｍ^２，降伏点は７０ｋｇｆ／ｍｍ ^２以上であることが
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，磁歪式トルクセンサに用いる磁
歪素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より，後述する図１に示すごとく，磁
気異方性部１５を形成した磁歪素子よりなる軸体１を用
いた磁歪式のトルクセンサ１０が知られている。この磁
歪式のトルクセンサ１０においては，軸体１にトルクが
加わった際に磁気異方性部１５の透磁率がトルクの大き
さに応じて変化する。この透磁率の変化を検出コイル２
３等を用いて検出することにより，加えられたトルクの
大きさを求めることができる。

【０００３】このような磁歪式トルクセンサの磁歪素子
としては，磁気的特性に優れ，かつ，この磁気的特性が
安定していることが望まれる。これに対し，従来，磁歪
素子の強度的な安定性を図ることによって上記磁気的特
性を安定化しようとした磁歪素子の製造方法が提案され
ている（特開平４−２４６１２３号公報（文献１），特
開平４−１５４２号公報（文献２））。

【０００４】上記文献１においては，ニッケルクロムモ
リブデン鋼であるＪＩＳ−ＳＮＣＭ８１５等よりなる軸
体を用いて磁歪素子を製造する方法が示されている。具
体的には，上記軸体にナーリング加工を施してセンサ部
（磁気異方性部）を形成し，次いで，上記センサ部に異
常層および残留オーステナイトを発生させないような熱
処理を行い，次いでセンサ部にショットピーニング処理
を施すというものである。

【０００５】また，上記文献２においては，材料の成分
に関する具体的記載はないが，次のような製造方法が示
されている。即ち，文献２における製造方法は，軸体に
磁気異方性部を形成した後に，浸炭処理およびショット
ピーニング処理を施すというものである。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の製
造方法により得られた従来の磁歪素子においては，次の
問題がある。即ち，上記従来の磁歪素子は，未だ十分な
磁気的特性および安定性を有していない。具体的には，
上記文献１の製造方法により得られたものは，上記熱処
理およびショットピーニングによる加工硬化によって強
度を最大限に向上させてある（例えば硬度Ｈｖが４００
以上）。そのため，軸全体の強度的，残留応力的な安定
性は向上するが，透磁率等の磁気的特性の低下，Ｓ／Ｎ
比の低下，温度特性の低下，長期使用時の遅れ破壊等の
発生が予想される。さらには，通常の使用範囲を超える
大きなトルク（過負荷トルク）が作用した場合の安定性
は非常に低い。

【０００７】また，上記文献２の製造方法により得られ
たものにおいても，上記熱処理およびショットピーニン
グによる加工硬化によって，強度が最大限まで向上して
いる。そのため，上記と同様に，磁気的特性の低下，セ
ンサ感度の低下，温度特性の低下，遅れ破壊等の発生が
予想される。また，この場合にも，過負荷トルクが作用
した場合の安定性は低い。

【０００８】そして，いずれの製造方法により得られた
磁歪素子においても，上記の過負荷トルクに対する安定
性が低いことによって，自動車分野のセンサでよく見ら
れる常用域と許容過負荷域との差が大きい用途に対して
は適用できるレベルに達していないという大きな問題が
ある。例えば，自動車分野においては，常用域７Ｎｍの
トルクに対して数十倍以上のトルクが許容過負荷域トル
クとして要求される場合がある。

【０００９】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，磁気的特性に優れ，かつ，過負荷トルク
に対する安定性に優れた，磁歪素子およびその製造方法
を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，重量比に
て，Ｃｒ：１２〜１８％，Ｃ：０．０８〜０．６％を含
有するＦｅ−Ｃｒ系の成分組成を有していると共に，低
炭素マルテンサイトもしくはフェライトよりなる母相
に，微細な球状合金炭化物を均一分散させた組織を有し
ていることを特徴とする磁歪素子にある。

【００１１】本発明において最も注目すべきことは，上
記磁歪素子として，上記Ｆｅ−Ｃｒ系の成分組成および
上記組織構造を適用したことである。

【００１２】上記成分組成において，Ｃｒは１２〜１８
％含有させる。Ｃｒの含有量が１２％未満の場合には耐
食性が低下するという問題がある。一方，１８％を超え
る場合には，十分な磁気的特性が得られないという問題
がある。そのため，より好ましくは１４％以下がよい。

【００１３】また，Ｃの含有量は０．０８〜０．６％と
する。Ｃの含有量が０．０８％未満の場合には十分な強
度が得られないという問題がある。一方，０．６％を超
える場合には十分な磁気的特性が得られないという問題
がある。そのため，より好ましくは０．４％以下がよ
い。

【００１４】次に，上記組織は，低炭素マルテンサイト
もしくはフェライトを母相とする。ここで，上記低炭素
マルテンサイトとは，マルテンサイト中のＣ濃度が低下
し，かつ，結晶構造が体心正方晶から体心立方晶に変化
した状態の組織をいう。また，上記母相中に均一分散さ
せる微細な球状合金炭化物としては，例えば，（ＦｅＣ
ｒ）₂₃Ｃ₆，（ＦｅＣｒ）₇Ｃ₃，（ＦｅＣｒ）₃Ｃ等の炭
化物がある。

【００１５】次に，本発明の作用につき説明する。本発
明の磁歪素子は，成分組成および組織構造を上記のごと
く限定してある。特に，組織構造を，通常のマルテンサ
イトよりも軟らかい低炭素マルテンサイトまたはフェラ
イトを母相とすることにより，磁歪素子の強度の向上を
抑えてある。そのため，透磁率等の磁気的特性の低下，
センサ感度の低下，長期使用時の遅れ破壊等の発生を抑
制することができる。

【００１６】さらに，母相中に均一析出させた微細な球
状合金炭化物によって，組織内の磁壁移動を大幅に抑制
することができる。そのため，上記の強度向上と共に，
過負荷トルクに対する安定性を大幅に向上させることが
できる。そして，この過負荷トルクに対する安定性の向
上によって，常用域と許容過負荷域との差の大きい環境
に曝される自動車用トルクセンサにおいて，過負荷トル
ク後の大きなゼロ点（０点）ドリフトが生じるという従
来の問題を解決することができる。

【００１７】次に，請求項２に記載の発明のように，上
記球状合金炭化物は，０．５〜２μｍの粒径を有してい
ると共に，互いに１〜５μｍの間隔を開けて分散してい
ることが好ましい。これにより，組織内における磁壁移
動を確実に抑制することができ，過負荷トルクに対する
安定性をさらに向上させることができる。

【００１８】また，上記球状合金炭化物の粒径が０．５
μｍ未満の場合には磁壁のピンニング（固着）効果の低
下という問題があり，一方，２μｍを超える場合には強
度の低下という問題がある。また，上記球状合金炭化物
の分散間隔が１μｍ未満の場合には磁気特性の低下とい
う問題があり，一方，５μｍを超える場合には，十分な
磁壁のピンニング（固着）効果の消失や強度低下という
問題がある。

【００１９】また，請求項３に記載の発明のように，上
記磁歪素子の硬さＨｖは２５０〜４００，引張強さは８
０〜１４０ｋｇｆ／ｍｍ^２，降伏点は７０ｋｇｆ／ｍｍ
^２以上であることが好ましい。上記磁歪素子の硬さＨｖ
が２５０未満の場合，および引張強さが８０ｋｇｆ／ｍ
ｍ^２未満，および降伏点が７０ｋｇｆ／ｍｍ^２未満の場
合には，過負荷トルク付加時に表面に永久歪が発生し，
その結果としてゼロ点ドリフトが発生するという問題が
ある。一方，硬さＨｖが４００を超える場合，および引
張強さが１４０ｋｇｆ／ｍｍ^２を超える場合には，磁気
的特性の低下，感度の低下，遅れ破壊の発生という問題
がある。

【００２０】また，請求項４に記載の発明のように，上
記磁歪素子は，圧縮残留応力が３０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上
であることが好ましい。圧縮残留応力が３０ｋｇｆ／ｍ
ｍ^２未満の場合には，過負荷トルクに対する安定性が低
下するおそれがある。なお，圧縮残留応力の上限値は，
材料の強度（硬度）で制約され，好ましくは６０〜８０
ｋｇｆ／ｍｍ^２程度は必要である。

【００２１】次に，上記優れた磁歪素子を製造する方法
としては，次の発明がある。即ち，請求項５に記載の発
明のように，重量比にて，Ｃｒ：１２〜１８％，Ｃ：
０．０８〜０．６％を含有するＦｅ−Ｃｒ系の成分組成
を有する軸体を準備して，該軸体に磁気異方性部を形成
し，次いで，低炭素マルテンサイトもしくはフェライト
よりなる母相に微細な球状合金炭化物を均一分散させた
組織を形成するように上記軸体に熱処理を加え，次い
で，上記軸体に冷間加工を加えて残留圧縮応力を生じさ
せることを特徴とする磁歪素子の製造方法がある。

【００２２】本製造方法においては，上記特性の成分組
成の軸体を用い，これに上記磁気異方性部を設けた後に
上記熱処理を加える。上記磁気異方性部としては，例え
ば，上記軸体の軸方向と４５度をなす角度に螺旋状の凹
凸あるいは溝を設けてなるシェプロンパターンを２箇所
対称に設けることにより形成することができる（図１参
照）。

【００２３】上記熱処理としては，種々の方法が考えら
れるが，少なくとも，残留オーステナイトを消滅させ，
かつ，低炭素マルテンサイトもしくはフェライトよりな
る母相に，微細な球状合金炭化物を均一分散させてなる
組織が形成されるように行う。また，上記冷間加工とし
ては，例えば，ショットピーニング，圧印加工，ＣＩ
Ｐ，グリッドブラスト等がある。

【００２４】本製造方法によれば，上記硬さＨｖ，引張
強さ，降伏点という機械的性質を有し，上述した優れた
磁気的特性，過負荷トルクに対する安定性等を発揮しう
る磁歪素子を容易に製造することができる。

【００２５】次に，請求項６に記載の発明のように，上
記熱処理は，真空もしくは不活性ガス中において温度９
００〜１０５０℃に保持した後焼入れ処理を行い，次い
で，温度５００〜７００℃による焼戻し処理を行うこと
が好ましい。これにより，上記組織構造を確実に得るこ
とができる。

【００２６】上記焼入れ前の保持温度が９００℃未満の
場合には，炭素を均一に固溶したオーステナイトが得ら
れず，そのため，焼入れしても十分な硬さが得られず，
また焼戻しをしても炭化物の析出が不十分で必要とする
強度が得られないという問題がある。一方，１０５０℃
を超える場合には，未溶解の残留炭化物（ＦｅＣｒ） ₂₃
Ｃ₆の粗大化およびマルテンサイトの粗大化が起こり，
焼戻しを行っても強度部品として重要な靱性の低下を招
くという問題がある。

【００２７】また，上記焼戻し処理の温度が５００℃未
満の場合には，低炭素マルテンサイトもしくはフェライ
トの母相が得られず，また，上記球状合金炭化物の析出
が得られないという問題がある。一方，７００℃を超え
る場合には，焼戻し軟化を生じて十分な強度が得られな
いという問題がある。

【００２８】また，請求項７に記載の発明のように，上
記冷間加工の後に，温度１５０〜４００℃による安定化
処理を行うことが好ましい。これにより，上記冷間加工
により発生させた残留圧縮応力を安定化させることがで
きる。なお，安定化処理温度が１５０℃未満の場合に
は，上記残留圧縮応力の安定化効果が十分に得られな
い。一方，４００℃を超える場合には，加えた残留圧縮
応力が開放されていくことになり，過負荷トルクに対し
て十分な安定効果が得られないという問題がある。

【００２９】また，請求項８に記載の発明のように，上
記軸体には，過負荷トルクを１回以上付与することが好
ましい。即ち，上記軸体の製造過程の最終段階におい
て，予め過負荷トルクを１回以上付与していおき，その
後，実使用することが好ましい。これにより，過負荷ト
ルクに対する安定性をより一層向上させることができ
る。なお，ここでいう過負荷トルクとは，得られる磁歪
素子の測定領域（常用域）を超える大きさのトルクをい
う。

【００３０】

【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかる磁歪素子およびその製造方
法につき，図１〜図４を用いて説明する。本例において
は，本発明品としての磁歪素子（試料Ｅ１）と，比較品
（市販品）としての磁歪素子（試料Ｃ１）を準備し，そ
の特性を比較した。

【００３１】まず，本発明品Ｅ１は，表１にも示すごと
く，重量比にて，Ｃｒ：１２〜１８％，Ｃ：０．０８〜
０．６％を含有するＦｅ−Ｃｒ系の成分組成を有してい
ると共に，低炭素マルテンサイトもしくはフェライトよ
りなる母相に，微細な球状合金炭化物を均一分散させて
なる組織を有している磁歪素子である。また，表２に示
すごとく，その硬さＨｖは２５０〜４００，引張強さは
８０〜１４０ｋｇｆ／ｍｍ^２，降伏点は７０ｋｇｆ／ｍ
ｍ^２以上である。

【００３２】上記本発明品Ｅ１を製造するに当たって
は，まず，表１に示す成分組成になるように材料を配合
し，インゴットを作製する。次いで，インゴットを熱間
鍛造して外径２０ｍｍの軸体を形成する。次いで，該軸
体を外径１７ｍｍ，長さ１２０ｍｍの円柱状に機械加工
した。

【００３３】次いで，図１に示すごとく軸体１の表面に
転造加工を施して，磁気異方性部１５を形成した。この
磁気異方性部１５は，同図に示すごとく，軸方向と４５
度をなす角度に，幅１．０ｍｍ，深さ０．５ｍｍの溝を
螺旋状に設けたシェプロンパターンにより構成した。シ
ェプロンパターン１５は，軸体の中央から左右対称に２
箇所設け，それぞれ溝の傾斜方向を直交させた。

【００３４】次に，上記軸体１に対して熱処理を施し
た。まず，真空中において，温度１０００℃に１時間保
持した後，窒素ガスにより冷却して焼入れ処理を行っ
た。次いで，真空中において，温度６００℃，１時間保
持という焼戻し処理を行った。これにより，軸体の組織
状態は，後述するごとく，不安定な残留オーステナイト
を分解させると共に，低炭素マルテンサイトの母相に微
細な球状合金炭化物（（ＦｅＣｒ）₂₃Ｃ₆，（ＦｅＣ
ｒ）₇Ｃ₃，（ＦｅＣｒ）₃Ｃ等）を均一に分散させたも
のとした（図５（ａ）（ｂ）参照）。

【００３５】次に，上記軸体の磁気異方性部に対して，
ショットピーニングによる冷間加工を加えた。具体的に
は，硬さＨｖが５００の０．３ｍｍ径の粒を用い，１２
０秒間ショットピーニングを行った。これにより，軸体
の表面部には残留圧縮応力が付与された。次いで，軸体
に対して，±１５０Ｎｍの過負荷トルクを２回加えると
いう過負荷処理を行い，本発明品Ｅ１を得た。なお，本
例の磁歪素子は，＋７〜−７Ｎｍのトルクを測定領域と
するものである。

【００３６】次に，比較品Ｃ１としては，市販されてい
る磁歪式トルクセンサにおける軸体を用いた。具体的に
は，材質がＪＩＳ−ＳＮＣＭ８１５であり，ショットピ
ーニング処理は施されている。なお，過負荷処理の有無
は不明である。また，比較品Ｃ１の軸体外径は本発明品
Ｅ１と同じである。

【００３７】次に，上記各磁歪素子Ｅ１，Ｃ１の機械的
性質を測定した。その結果を表２に示す。表２より知ら
れるごとく，本発明品Ｅ１は，その硬さＨｖが２５０〜
４００，引張強さが８０〜１４０ｋｇｆ／ｍｍ^２，降伏
点を７０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上という範囲内にあった。こ
れに対し，比較品Ｃ１は，硬さ，引張強さがいずれも非
常に大きく上記範囲を超えていた。

【００３８】また，各磁歪素子Ｅ１，Ｃ１の磁気異方性
部１５の残留圧縮応力も測定した。その結果を表２に示
す。表２より知られるごとく，本発明品Ｅ１が６１ｋｇ
ｆ／ｍｍ^２，比較品Ｃ１が３７ｋｇｆ／ｍｍ^２であり，
本発明品Ｅ１の方が圧縮残留応力が大きい。

【００３９】次に，図１に示すごとく，上記各磁歪素子
Ｅ１，Ｃ１を用いて，磁歪式のトルクセンサ１０を構成
し，種々の特性を測定した。トルクセンサ１０は，同図
に示すごとく，軸体１をベアリング４を介してハウジン
グ５に回転可能に保持させると共に，コイル群２をハウ
ジング５内に配設して構成した。コイル群２は，同図に
示すごとく，ボビン２０に巻線された２組の励磁コイル
２１，２２と２組の検出コイル２３，２４とよりなる。

【００４０】ボビン２０は軸方向前後に一対のコイル溝
を有しており，両コイル溝の上部（外径側部）には励磁
コイル２１，２２を，下部（内径側部）には検出コイル
２３，２４をそれぞれ個別に巻線してなる。励磁コイル
２１，２２の巻線のターン数はいずれも６０ターンであ
り，一方，検出コイル２３，２４の巻線のターン数はい
ずれも１８０ターンである。

【００４１】また，このボビン２０は，図１に示すごと
く，ハウジング５に保持させると共に，上記軸体１のシ
ェプロンパターン１５に対面させて非接触状態で配設し
てある。また，同図に示すごとく，コイル群２の各コイ
ル２１〜２４は，内部リード線６３を介して回路基板６
に配設されている。さらに回路基板６は外部の計測器に
リード線６５により電気的に接続されている。

【００４２】次に，上記構成の磁歪式トルクセンサ１０
を用いて，軸体１に加えるトルクの大きさと出力電圧の
関係を測定した。このときの測定周波数は５０ｋＨｚ，
定電圧励磁は２．２Ｖとした。本発明品Ｅ１の結果を図
２に，比較品Ｃ１の結果を図３に示す。これらの図は，
横軸に印加トルク（Ｎｍ）を，縦軸にセンサ出力（ｍ
Ｖ）をとったものである。

【００４３】図２および表２より知られるごとく，本発
明品Ｅ１のセンサ出力（感度）は，トルクセンサの検出
回路内におけるアンプ分を除いた磁歪素子の性能として
は，０．７６ｍＶ／Ｎｍ，ヒステリシスは０．９％とい
う結果となった。

【００４４】なお，表２におけるセンサ感度（ΔＶ％）
は，＋７Ｎｍのトルク印加時のセンサ出力と，−７Ｎｍ
のトルク印加時のセンサ出力との差分値を，トルクを印
加しないときのセンサ出力にて除算した値である。ま
た，表２におけるヒステリシス（％）は，＋７Ｎｍのト
ルクを印加後無負荷としたときのセンサ出力と−７Ｎｍ
のトルクを印加後無負荷としたときのセンサ出力との差
分値を，＋７Ｎｍのトルク印加時のセンサ出力と−７Ｎ
ｍのトルク印加時のセンサ出力との差分値にて除算した
値である。

【００４５】一方，図３および表２より知られるごと
く，比較品Ｃ１のセンサ出力（感度）は，０．５ｍＶ／
Ｎｍ，ヒステリシスは１．３％という結果となった。こ
れらの結果から，本発明品Ｅ１は，センサ出力および感
度が約５０％ほど向上し，さらにヒステリシスも向上
し，比較品Ｃ１よりも優れた磁気的特性を示すことが分
かる。

【００４６】次に，本例においては，過負荷トルクに対
する安定性を測定した。具体的には，上記センサ出力電
圧を測定するときと同じ条件において，過負荷トルクを
加え，その前後のセンサ出力値によりゼロ点ドリフト
（％）を求めた。なお，ゼロ点ドリフトは，図４に示す
ごとく，過負荷トルク印加前の出力値Ａと，過負荷トル
ク解除後の出力値Ｃのずれ量ｄを測定し，常用域のフル
スケール電圧に対する上記ずれ量ｄの割合（％）により
求める。なお，本例のサイズの磁歪素子においては，１
５０Ｎｍの過負荷トルクを加えた際のゼロ点ドリフトが
１０％以下であれば，過負荷トルクに対する安定性が優
れており，自動車用のステアリングのトルクセンサとし
ての使用に耐え得るものである。

【００４７】また，本発明品Ｅ１に対しては，１５０Ｎ
ｍの過負荷トルクを加えた。一方，比較品Ｃ１に対し
て，１００Ｎｍ前後のところに限界があると考えられた
ので１００Ｎｍの過負荷トルクを加えた。測定結果を表
２に示す。表２より知られるごとく，本発明品Ｅ１は，
比較品Ｃ１に比べて，過負荷トルクに対する安定性が格
段に向上していることが分かる。この原因は，上記機械
的性質，残留圧縮応力値，組織状態の違い等にあると考
えられる。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】実施形態例２ 本例においては，実施形態例１における本発明品Ｅ１お
よび比較品Ｃ１の組織観察を行った。具体的には，本発
明品Ｅ１については１０００倍と２０００倍の２種類の
倍率で，比較品Ｃ１については１０００倍の倍率で顕微
鏡により観察した。その結果を図面代用写真として，図
５（ａ）〜（ｃ）に示す。

【００５１】これらの図から知られるように，本発明品
Ｅ１は，低炭素マルテンサイトよりなる母相に微細な球
状合金炭化物が均一分散していることが分かる。一方，
比較品Ｃ１は，マルテンサイト組織であることが分か
る。これらの組織の違いが，上記実施形態例１における
各測定結果に反映されたと考えられる。

【００５２】実施形態例３ 本例は，本発明品としてさらに２種類の磁歪素子を準備
し，実施形態例１と同様に性能を評価した。準備した本
発明品Ｅ２は，本発明品Ｅ１における炭素（Ｃ）含有量
を０．１５重量％にまで下げたものであり，その他はほ
ぼＥ１と同様である。また，本発明品Ｅ３は，本発明品
Ｅ２における過負荷処理を取りやめたものであり，その
他はＥ２と同様である。

【００５３】これら本発明品Ｅ２，Ｅ３の各特性の測定
結果等を上記表１，表２に合わせて記載する。表２より
知られるごとく，本発明品Ｅ２，Ｅ３は，いずれも優れ
た磁気的特性を示した。ここで注目すべきことは，予め
過負荷トルクを２回加えるという過負荷処理を行った場
合（Ｅ２）には，行わない場合（Ｅ３）よりも，格段に
過負荷トルクに対する安定性が向上することが分かる。

【００５４】実施形態例４ 本例においては，図６に示すごとく，実施形態例１の本
発明品Ｅ１の製造工程における，焼戻し温度を種々変更
し，その影響を調べた。具体的には，上記焼戻し温度を
２００〜６５０℃の間において変化させ，出力特性を測
定した。また，過負荷トルクに対する安定性について
は，１５０Ｎｍのトルクによる過負荷処理を１回行った
場合と２回行った場合の２種類について測定した。

【００５５】測定結果を図６に示す。同図は，横軸に焼
戻し温度（℃）を，縦軸に感度（ｍＶ／Ｎｍ），ヒステ
リシス（％），硬さ（Ｈｖ），過負荷トルクによるドリ
フト（上記のゼロ点ドリフト）（％ＦＳ）をとった。そ
して，感度をＥ４１，ヒステリシスをＥ４２，硬さをＥ
４３，過負荷処理が１回の場合の過負荷トルクゼロ点ド
リフトをＥ４４，過負荷処理が２回の場合の過負荷トル
クゼロ点ドリフトをＥ４５という符号により示した。

【００５６】同図より知られるごとく，まず，磁歪素子
の強度を代表する硬度Ｅ４３は，焼戻し温度の上昇に伴
って低下する。そして，硬度Ｅ４３の低下に伴って感度
Ｅ４１，ヒステリシスＥ４２等の磁気的特性は向上する
傾向にある。ただし，ヒステリシスＥ４２は，焼戻し温
度６００℃付近にピークが現れた。

【００５７】また，過負荷トルクに対する安定性を見る
と，過負荷処理の回数にかかわらず，焼戻し温度６００
℃付近にピークが見られた。また，過負荷処理の回数で
比べると，２回処理の場合（Ｅ４５）の方がより安定す
る傾向が見られた。

【００５８】以上の結果から，上記特定の成分組成のＦ
ｅ−Ｃｒ系材料を用いて，実施形態例１に示した製造方
法により製造し，かつ，その焼戻し温度を６００℃付近
で行うことが，磁気的特性に優れかつ過負荷トルクに対
する安定性に優れた磁歪素子の提供に有効であることが
分かる。特に過負荷トルクによるゼロ点ドリフトが１０
％ＦＳのものを得るには，特に，焼戻し温度を５５０〜
６５０℃程度にすることが好ましいことが分かる。

【００５９】実施形態例５ 本例は，図７に示すごとく，実施形態例１の本発明品Ｅ
１と同一の製造工程により上記ショットピーニング処理
までを行った後，安定化処理を追加して本発明品Ｅ５１
を作製し，これの過負荷トルクに対する安定性の評価を
実施したものである。

【００６０】具体的には，本発明品Ｅ５１の安定化処理
は，温度３５０℃に１時間保持することにより行った。
そして，過負荷トルクに対する安定性の評価は，実施形
態例１の場合と同様の条件により行った。なお，本例で
は，２０，３０，５０，７０ｋＨｚの４種類の測定周波
数についてそれぞれ上記ゼロ点ドリフト（％）を求め
た。その結果を図７に示す。同図は，横軸に印加トルク
（Ｎｍ）を，縦軸にゼロ点ドリフト（％）をとったもの
である。

【００６１】図７より知られるごとく，測定周波数が５
０ｋＨｚの場合には，印加トルクが１５０Ｎｍまでにお
いて，数％以下のドリフト量に抑えられた。このことか
ら，少なくとも温度３５０℃の安定化処理を追加するこ
とが，過負荷トルクに対する安定性の向上に有効である
ことが確認できた。

【００６２】実施形態例６ 本例では，実施形態例５における安定化処理の最適な温
度範囲を実験により求めた。即ち，本発明品Ｅ５１にお
ける安定化処理温度を０〜６００℃の範囲内で変化さ
せ，磁歪素子に生じた残留応力を測定した。なお，安定
化処理時間は１時間に固定した。残留応力の測定位置
は，磁気異方性部の表面における軸方向，周方向，スプ
ライン方向（軸方向に対して４５°方向）とした。

【００６３】測定結果を図８に示す。同図は，横軸に安
定化処理温度（℃）を，縦軸に圧縮残留応力（ｋｇｆ／
ｍｍ²）をとった。なお，残留応力値は＋側を圧縮残留
応力とした。また，データは，軸方向のものを符号Ｅ６
１（◆），周方向のものを符号Ｅ６２（■），スプライ
ン方向のものを符号Ｅ６３（▲）として示した。

【００６４】図８より知られるごとく，圧縮残留応力を
３０ｋｇｆ／ｍｍ²以上とするためには，安定化処理温
度を４００℃以下にすることが必要であるということが
分かる。なお，圧縮残留応力を３０ｋｇｆ／ｍｍ²以下
とすることにより，過負荷トルクに対する安定性を向上
させることができる。また，安定化処理による歪の均質
化および圧縮残留応力の安定化の効果を考慮すると，少
なくとも１５０℃以上の温度で安定化処理を行う必要が
ある。したがって，本例の結果から，安定化処理温度の
最適値は，１５０〜４００℃であることが分かる。

【００６５】実施形態例７ 本例では，実施形態例１における本発明品Ｅ１におけ
る，磁気異方性部１５の硬度分布を測定した。具体的に
は，図９に示すごとく，磁気異方性部１５の断面硬度
を，突起部の頂点（表面）ａを０として，その深さ方向
（矢印ｄ）において測定した。

【００６６】測定結果を図１０に示す。同図は，横軸に
表面からの深さ（ｍｍ）を，縦軸に硬さ（Ｈｖ）をとっ
たものである。同図より知られるごとく，硬度分布は，
磁気異方性部１５の深さ方向においてほとんど変化して
いない。このことから，実施形態例１の製造方法におい
ては，磁気異方性部１５の表面部に圧縮加工による硬化
層が現れないことが分かる。

【００６７】また，本例では，上記硬度測定部分におけ
る残留応力も測定した。測定結果を図１１に示す。同図
は，横軸に表面からの深さ（図９）を，縦軸に残留応力
（＋側が引張残留応力，−側が圧縮残留応力）をとっ
た。同図より知られるごとく，表面からの深さが０．４
ｍｍまでの表面部は圧縮残留応力状態にあり，それより
深い部分では引張圧縮状態にあることが分かった。この
ことから，実施形態例１の条件による冷間加工（ショッ
トピーニング処理）は，磁気異方性部１５をほとんど硬
化させることなく，圧縮残留応力を付与することができ
る程度の処理であることが分かる。

【００６８】

【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，磁気的
特性に優れ，かつ，過負荷トルクに対する安定性に優れ
た，磁歪素子およびその製造方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，トルクセンサの構造を
示す説明図。

【図２】実施形態例１における，本発明品の印加トルク
と感度等の関係を示す説明図。

【図３】実施形態例１における，比較品の印加トルクと
感度等の関係を示す説明図。

【図４】実施形態例１における，ゼロ点ドリフトの算出
方法を示す説明図。

【図５】実施形態例２における，（ａ）本発明品の１０
００倍，（ｂ）本発明品の２０００倍，（ｃ）比較品の
１０００倍，の金属組織を示す図面代用顕微鏡写真。

【図６】実施形態例４における，焼戻し温度と各特性の
関係を示す説明図。

【図７】実施形態例５における，印加トルクに対するゼ
ロ点ドリフト量を示す説明図。

【図８】実施形態例６における，安定化処理温度と残留
応力との関係を示す説明図。

【図９】実施形態例７における，硬度測定位置を示す説
明図。

【図１０】実施形態例７における，磁気異方性部の表面
からの距離と硬度との関係を示す説明図。

【図１１】実施形態例７における，磁気異方性部の表面
からの距離と残留応力との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１．．．磁歪素子（軸体）， １０．．．トルクセンサ， １５．．．磁気異方性部（シェプロンパターン）， ２１，２２．．．励磁コイル， ２３，２４．．．検出コイル，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｌ 3/10 Ｇ０１Ｌ 3/10 Ａ Ｈ０１Ｌ 41/20 Ｈ０１Ｌ 41/20 (72)発明者 丸山 宏太 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 伊東 厚直 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 加藤 義雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 服部 毅 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比にて，Ｃｒ：１２〜１８％，Ｃ：
   ０．０８〜０．６％を含有するＦｅ−Ｃｒ系の成分組成
   を有していると共に，低炭素マルテンサイトもしくはフ
   ェライトよりなる母相に，微細な球状合金炭化物を均一
   分散させた組織を有していることを特徴とする磁歪素
   子。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記球状合金炭化物
   は，０．５〜２μｍの粒径を有していると共に，互いに
   １〜５μｍの間隔を開けて分散していることを特徴とす
   る磁歪素子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において，硬さＨｖは２
   ５０〜４００，引張強さは８０〜１４０ｋｇｆ／ｍ
   ｍ^２，降伏点は７０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることを特
   徴とする磁歪素子。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項において，
   圧縮残留応力が３０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることを特
   徴とする磁歪素子。
5. 【請求項５】 重量比にて，Ｃｒ：１２〜１８％，Ｃ：
   ０．０８〜０．６％を含有するＦｅ−Ｃｒ系の成分組成
   を有する軸体を準備して，該軸体に磁気異方性部を形成
   し，次いで，低炭素マルテンサイトもしくはフェライト
   よりなる母相に微細な球状合金炭化物を均一分散させた
   組織を形成するように上記軸体に熱処理を加え，次い
   で，上記軸体に冷間加工を加えて残留圧縮応力を生じさ
   せることを特徴とする磁歪素子の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５において，上記熱処理は，真空
   もしくは不活性ガス中において温度９００〜１０５０℃
   に保持した後焼入れ処理を行い，次いで，温度５００〜
   ７００℃による焼戻し処理を行うことを特徴とする磁歪
   素子の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５又は６において，上記冷間加工
   の後に，温度１５０〜４００℃による安定化処理を行う
   ことを特徴とする磁歪素子の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項５〜７のいずれか１項において，
   上記軸体には，過負荷トルクを１回以上付与することを
   特徴とする磁歪素子の製造方法。